Części ceramiczne z azotku krzemu

Ceramika z azotku krzemu to nieorganiczna ceramika, która nie kurczy się podczas spiekania. Azotek krzemu jest bardzo mocny, zwłaszcza azotek krzemu tłoczony na gorąco, który jest jedną z najtwardszych substancji na świecie. Części ceramiczne z azotku krzemu mają właściwości wysokiej wytrzymałości, niskiej gęstości i odporności na wysoką temperaturę.

ceramika Si3N4 jest związkiem o wiązaniu kowalencyjnym, podstawową jednostką strukturalną jest czworościan [SiN4], atom krzemu znajduje się w centrum czworościanu, a wokół niego znajdują się cztery atomy azotu, które znajdują się na czterech wierzchołkach czworościanu, a następnie co trzy Każdy czworościan ma formę atomu, tworząc ciągłą i solidną strukturę sieciową w przestrzeni trójwymiarowej.

Zhongwei Precision zobowiązuje się do dostarczania klientom krajowym i zagranicznym zaawansowanej ceramiki o wysokiej wytrzymałości, wysokiej wytrzymałości, odporności na zużycie, odporności na korozję i odporności na wysokie temperatury. Jest to przedsiębiorstwo high-tech integrujące badania i rozwój, produkcję i sprzedaż zaawansowanych produktów ceramicznych o precyzji przemysłowej w dziedzinie ceramiki precyzyjnej. Dzięki różnorodnym nowoczesnym, precyzyjnym sprzętom, niezależnie zrealizowała zakończenie całego procesu produkcyjnego części ceramicznych, od przygotowania proszku ceramicznego, formowania zielonego korpusu, spiekania w wysokiej temperaturze po wykończenie materiału ceramicznego.

Opis produktuskrypcja

1. Standardy wdrażania: firma ściśle wdraża certyfikat ISO9001, a produkty przeszły certyfikację ROHS, FDA EU itp.

2. Standardy materiałów produktu: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Główne procesy: fugowanie, formowanie wtryskowe, odlewanie taśm, prasowanie izostatyczne, drukowanie 3D

4. Dostępne materiały do ​​ceramiki:

Produkuje głównie gotowe pręty ceramiczne, rurki ceramiczne, pierścienie ceramiczne, płytki ceramiczne, ceramiczne przyssawki, ostrza ceramiczne i inne konstrukcje ceramiczne o specjalnych kształtach. Głównymi materiałami ceramicznymi są tlenek glinu, tlenek cyrkonu, węglik krzemu, azotek krzemu i ceramika z azotku glinu. Odporność na wysoką temperaturę, odporność na zużycie, odporność na korozję, odporność na kwasy i zasady, antymagnetyczne, odporność na ciśnienie. Druk 3D itp. są dostosowywane do wymagań klienta.

Połączona rura, jej wysoka odporność na zużycie skutecznie chroni przed zużyciem materiału i uderzeniami.

Sposób przygotowania i aktualna sytuacja produktu

1. Podstawowe właściwości

Wiele właściwości azotku krzemu wynika z tej struktury. Czysty Si3N4 to 3119, z dwiema strukturami krystalicznymi i , z których obie są sześciokątne. Jego temperatura rozkładu wynosi 1800 stopni w powietrzu i 1850 stopni w azocie 011 MPa. Si3N4 ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i wysoką przewodność cieplną, dzięki czemu ma doskonałą odporność na szok termiczny. Sprasowany na gorąco spiekany azotek krzemu nie pęka nawet po podgrzaniu do temperatury 1000 stopni i włożeniu do zimnej wody. W niezbyt wysokiej temperaturze Si3N4 ma wysoką wytrzymałość i odporność na uderzenia, ale ulegnie uszkodzeniu wraz z wydłużeniem czasu użytkowania powyżej 1200 stopni, zmniejszając jego wytrzymałość i jest bardziej podatny na uszkodzenia zmęczeniowe powyżej 1450 stopni, więc Si3N4 Temperatura pracy generalnie nie przekracza 1300 stopni. Ze względu na niską teoretyczną gęstość Si3N4 jest znacznie lżejsza od stali i stali konstrukcyjnej nadstopowej. Dlatego w miejscach, które wymagają materiałów o dużej wytrzymałości, niskiej gęstości, odporności na wysoką temperaturę i innych właściwościach, innym razem jest zastosowanie ceramicznych części z azotku krzemu w celu zastąpienia stali stopowej. To więcej niż właściwe.

2. Właściwości materiału

Jako doskonały materiał inżynieryjny do wysokich temperatur, materiał ceramiczny Si3N4 może odgrywać największą przewagę w jego zastosowaniu w dziedzinie wysokich temperatur. Przyszły kierunek rozwoju Si3N4 to: (1) pełne wykorzystanie i wykorzystanie doskonałych właściwości samego Si3N4; (2) opracowanie kilku nowych topników podczas spiekania proszku Si3N4 oraz badanie i kontrolowanie najlepszych składników istniejących topników; (3) usprawnienie procesu mielenia, formowania i spiekania; ⑷ opracować kompozyt Si3N4 i SiC oraz inne materiały w celu wytworzenia bardziej wydajnych materiałów kompozytowych. Zastosowanie ceramiki Si3N4 w silnikach samochodowych stworzyło nową sytuację dla rozwoju nowych wysokotemperaturowych materiałów konstrukcyjnych. Sam przemysł motoryzacyjny jest branżą multidyscyplinarną, która łączy w sobie kulminację różnych technologii. Chiny to starożytna cywilizacja o długiej historii, która dokonała wspaniałych osiągnięć w historii rozwoju ceramiki. Wraz z procesem reform i otwarcia, pewnego dnia Chiny również staną się jednym z najważniejszych krajów w światowym przemyśle samochodowym i przyniosą większą chwałę rozwojowi przemysłu ceramicznego.

Jest niezwykle odporny na wysoką temperaturę, a jego wytrzymałość może być utrzymywana w wysokiej temperaturze 1200 stopni bez zmniejszania się. Nie stopi się w stopiony materiał po podgrzaniu i nie ulegnie rozkładowi do 1900 stopni. A roztwór sody kaustycznej poniżej 30 procent może również być odporny na korozję wielu kwasów organicznych; jednocześnie jest wysokowydajnym materiałem elektroizolacyjnym.

3. Metoda procesu

Wykonany jest z proszku krzemu jako surowca, który jest najpierw formowany w pożądany kształt zwykłą metodą formowania, a wstępne azotowanie odbywa się w azocie w wysokiej temperaturze 1200 stopni C, dzięki czemu część proszku krzemu reaguje z azotem tworząc azotek krzemu. Całe ciało ma już pewną siłę. Następnie drugie azotowanie przeprowadza się w piecu wysokotemperaturowym 1350 ~ 1450 stopni w celu przereagowania w azotek krzemu. Azotek krzemu o teoretycznej gęstości 99 procent można uzyskać przez spiekanie na gorąco.

4. Sposób przygotowania

Technologia przygotowania części ceramicznych z azotku krzemu rozwinęła się bardzo szybko w ciągu ostatnich kilku lat. Technologia przygotowania koncentruje się głównie na metodzie spiekania reakcyjnego, metodzie spiekania na gorąco, metodzie spiekania pod ciśnieniem atmosferycznym, metodzie spiekania pod ciśnieniem powietrza i innych typach. Ze względu na różne procesy przygotowania, różne rodzaje ceramiki z azotku krzemu mają różne mikrostruktury (takie jak porowatość i morfologia porów, morfologia ziaren, morfologia międzykrystaliczna, zawartość drugiej fazy międzykrystalicznej itp.). Dlatego wydajność jest bardzo zróżnicowana. W celu uzyskania materiałów ceramicznych Si3N4 o doskonałych parametrach należy najpierw przygotować wysokiej jakości proszek Si3N4. Jakość proszku Si3N4 przygotowanego różnymi metodami nie jest dokładnie taka sama, co prowadzi do różnic w jego zastosowaniu, a niepowodzenie wielu zastosowań materiałów ceramicznych jest często przypisywane. Ponieważ deweloperzy nie rozumieją różnic między różnymi proszkami ceramicznymi, mają niewystarczającą zrozumienie ich właściwości. Ogólnie rzecz biorąc, wysokiej jakości proszek Si3N4 powinien charakteryzować się wysoką zawartością faz, jednorodnym składem, niewielką liczbą zanieczyszczeń i równomiernym rozkładem w ceramice, małym rozmiarem cząstek i wąskim rozkładem wielkości cząstek oraz dobrą dyspergowalnością. Faza w dobrym proszku Si3N4 powinna stanowić co najmniej 90 procent, ponieważ podczas procesu spiekania Si3N4 część fazy przekształci się w fazę, a nie ma wystarczającej zawartości fazy, co obniży wytrzymałość materiału ceramicznego .

(1) Metoda spiekania reakcyjnego (RS)

Przyjęto ogólną metodę formowania. Najpierw proszek krzemowy jest prasowany w surową bryłę o pożądanym kształcie, a następnie umieszczany w piecu do azotowania w celu wstępnego azotowania (częściowego azotowania). Surowy korpus przed azotowaniem ma pewną wytrzymałość i może być poddawany różnym obróbkom mechanicznym (takim jak toczenie, struganie, frezowanie, wiercenie). Wreszcie w temperaturze powyżej temperatury topnienia krzemu; surowa masa jest ponownie w pełni azotowana i spiekana w celu uzyskania produktów o niewielkiej zmianie wymiarów (tj. po spiekaniu surowej masy, stopień skurczu jest bardzo mały, stopień skurczu liniowego wynosi < 011="" procent).="" produkt="" można="" stosować="" bez="" rozdrabniania.="" metoda="" spiekania="" reakcyjnego="" nadaje="" się="" do="" wytwarzania="" części="" o="" skomplikowanych="" kształtach="" i="" precyzyjnych="" wymiarach,="" a="" koszt="" jest="" również="" niski,="" ale="" czas="" azotowania="" jest="" bardzo="">

(2) Spiekanie na gorąco (HPS)

Proszek Si3N4 oraz niewielka ilość dodatków (m.in. MgO, Al2O3, MgF2, Fe2O3 itp.) są prasowane na gorąco i spiekane pod ciśnieniem powyżej 1916 MPa i w temperaturze powyżej 1600 stopni. Prasowana na gorąco spiekana ceramika Si3N4 stosowana przez niektóre firmy w Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych ma wytrzymałość na poziomie 981 MPa lub więcej. Dodatki i skład fazowy podczas spiekania mają duży wpływ na właściwości produktu. Ze względu na ścisłą kontrolę składu fazy granicznej ziaren i odpowiednią obróbkę cieplną po spiekaniu ceramiki Si3N4, materiały ceramiczne serii Si3N4, których wytrzymałość nie zmniejszy się znacząco nawet przy temperaturze 1300 stopni (do 490 MPa i więcej ), a odporność na pełzanie Denaturację można poprawić o trzy rzędy wielkości. Jeśli materiał ceramiczny Si3N4 zostanie wstępnie utleniony w wysokiej temperaturze 1400---1500 stopnia, na powierzchni materiału ceramicznego utworzy się faza Si2N2O, co może znacznie poprawić odporność na utlenianie i wysoką temperaturę ceramiki Si3N4 . Właściwości mechaniczne ceramiki Si3N4 wytwarzanej metodą spiekania na gorąco przewyższają właściwości spiekania reakcyjnego Si3N4, charakteryzując się wysoką wytrzymałością i dużą gęstością. Jednak koszt produkcji jest wysoki, a sprzęt do spiekania jest skomplikowany. Ze względu na duży skurcz spiekanego korpusu, dokładność wymiarowa produktu jest w pewnym stopniu ograniczona. Produkcja skomplikowanych części jest trudna. Można wytwarzać tylko części o prostych kształtach, a obróbka przedmiotu jest również trudna.

(3) Metoda spiekania pod ciśnieniem atmosferycznym (PLS)

W zakresie zwiększania ciśnienia spiekania atmosfery azotu, następuje wzrost temperatury rozkładu Si3N4 (zwykle pod ciśnieniem N2=1atm, od 1800 stopni C do rozkładu), po spiekaniu pod normalnym ciśnieniem w zakresie temperatur {{4 }} stopni C, a następnie w powietrzu spiekanie odbywa się w zakresie temperatur 1800---2000 stopni. Celem tej metody jest wykorzystanie ciśnienia powietrza do wspomagania zagęszczania ceramiki Si3N4, poprawiając w ten sposób wytrzymałość ceramiki. Właściwości otrzymanych produktów są nieco niższe niż w przypadku spiekania na gorąco. Wady tej metody są podobne do spiekania na gorąco.

(4) Metoda spiekania pod ciśnieniem gazu (GPS)

W ostatnich latach przeprowadzono wiele badań nad spiekaniem pod ciśnieniem powietrza i osiągnięto ogromny postęp. Spiekanie pod ciśnieniem gazowym azotku krzemu odbywa się w temperaturze około 2000 stopni pod ciśnieniem 1 ~ 10 MPa. Wysokie ciśnienie azotu hamuje pirolizę azotku krzemu. Ze względu na zastosowanie spiekania wysokotemperaturowego, dodanie mniejszej ilości środków wspomagających spiekanie jest wystarczające do pobudzenia wzrostu ziaren Si3N4 i uzyskania ceramiki o wysokiej wytrzymałości ze wzrostem in situ długich ziaren słupkowych o gęstości >99%. Dlatego też spiekanie pod ciśnieniem powietrza może być stosowane w laboratorium. Coraz więcej uwagi poświęca się produkcji. Ceramika z azotku krzemu spiekana pod ciśnieniem gazu ma wysoką wytrzymałość, wysoką wytrzymałość i dobrą odporność na zużycie i może bezpośrednio wytwarzać różne złożone kształty zbliżone do ostatecznego kształtu, co może znacznie obniżyć koszty produkcji i koszty przetwarzania. A jego proces produkcyjny jest zbliżony do procesu produkcji węglika spiekanego, nadającego się do masowej produkcji.

5. Status badań

W przypadku spiekanych brył ceramicznych Si3N4 i Sialon zapewniono proces formowania przez superplastyczność bez formowania materiału kompozytowego i utrzymywania jednego stanu, a także zapewniono spiekaną bryłę uformowaną zgodnie z tym procesem. Azotek krzemu i spiekana kształtka Sialon o gęstości względnej powyżej 95 % i gęstości liniowej 50 μm w dwuwymiarowym przekroju spieku w zakresie od 120 do 250; Ściskanie powoduje odkształcenie plastyczne przy szybkości odkształcenia mniejszej niż 10-1/s. Uformowany spiekany korpus ma doskonałe właściwości mechaniczne, zwłaszcza w normalnej temperaturze.

Ceramika Si3N4 jest ważnym materiałem konstrukcyjnym. Jest to supertwarda substancja, która ma smarowność i odporność na zużycie; nie reaguje z innymi kwasami nieorganicznymi z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego i ma silną odporność na korozję i wysoką temperaturę. Utlenianie. I może wytrzymać szok zimna i ciepła. Może być podgrzany do więcej niż 1 000 stopnia w powietrzu i nie pęknie po szybkim schłodzeniu i szybkim nagrzaniu. Właśnie ze względu na doskonałe właściwości ceramiki Si3N4 często wykorzystuje się ją do produkcji łożysk. , łopatki turbin gazowych, pierścienie uszczelniające mechaniczne, formy trwałe i inne elementy mechaniczne. Jeżeli powierzchnia grzewcza elementów silnika wykonana jest z ceramiki azotku krzemu, odpornej na wysoką temperaturę i trudnego do przenoszenia ciepła, może to nie tylko poprawić jakość silników wysokoprężnych, zaoszczędzić paliwo, ale także poprawić sprawność cieplną. . Chiny, Stany Zjednoczone, Japonia i inne kraje opracowały ten silnik wysokoprężny.

Proces po spiekaniu

Sprzęt do obróbki: wyposażony w grawerkę CNC, szlifowanie bezkłowe, szlifowanie wewnętrzne i zewnętrzne cylindryczne, szlifowanie płaszczyzn, centrum tokarskie CNC, cięcie drutu, toczenie, frezowanie, szlifowanie i inne precyzyjne urządzenia produkcyjne i testujące.

Formy i urządzenia kontrolne

1. Żywotność formy: zwykle półtrwała. (z wyjątkiem zagubionej piany).

2. Czas dostawy formy: 10-25 dni (w zależności od struktury produktu i wielkości produktu).

3. Konserwacja narzędzi i form: Zhongwei jest odpowiedzialny za precyzyjne części.

Kontrola jakości

1. Kontrola jakości: wskaźnik wadliwości wynosi mniej niż 0,1 procent .

2. Próbki i przebieg próbny będą w 100 procentach sprawdzane podczas produkcji i przed wysyłką, kontrola próbki do produkcji masowej zgodnie ze standardami ISDO lub wymaganiami klienta.

3. Sprzęt badawczy: przyrząd do pomiaru okrągłości, przyrząd do pomiaru trzech współrzędnych, przyrząd do pomiaru współrzędnych obrazu, przyrząd do pomiaru trzech współrzędnych Hexagon, przyrząd do pomiaru obrazu, przyrząd do pomiaru gęstości, przyrząd do pomiaru gładkości, twardościomierz mikro Vickersa.

Aplikacja

Wykorzystując lekkość i sztywność Si3N4, może być stosowany do produkcji łożysk kulkowych, które mają wyższą precyzję niż łożyska metalowe, generują mniej ciepła i mogą pracować w wyższych temperaturach i mediach korozyjnych. Dysze parowe wykonane z ceramiki Si3N4 posiadają cechy odporności na zużycie i żaroodporność. Nie mają widocznych uszkodzeń po użytkowaniu w kotle o temperaturze 650 stopni przez kilka miesięcy, podczas gdy inne dysze ze stali stopowej odporne na wysoką temperaturę i korozję mogą być używane tylko przez 1-2 miesięcy w tych samych warunkach. Świeca żarowa Si3N4 opracowana wspólnie przez Instytut Krzemianu w Szanghaju, Chińską Akademię Nauk, Instytut Silników Spalinowych w Szanghaju, Ministerstwo Inżynierii Elektrycznej i Mechanicznej oraz Zhongwei Precision rozwiązuje problem trudnego zimnego rozruchu silników wysokoprężnych i nadaje się do bezpośredniego silniki wysokoprężne z wtryskiem lub wtryskiem pośrednim. Ta świeca żarowa jest najbardziej zaawansowanym i idealnym urządzeniem zapłonowym do silników Diesla, jakie jest obecnie dostępne. Japoński Instytut Energii Atomowej i Mitsubishi Heavy Industries z powodzeniem opracowały nową pompę do ropy naftowej z wirnikiem złożonym z 11 ceramicznych talerzy obrotowych Si3N4 w obudowie pompy. Ponieważ pompa wykorzystuje ceramiczny wirnik Si3N4 o małym współczynniku rozszerzalności cieplnej i precyzyjnym łożysku powietrznym, może pracować normalnie bez smarowania i chłodziwa. Jeśli ta pompa jest połączona z pompą ultrapróżniową, taką jak pompa turbomolekularna, można utworzyć system próżniowy odpowiedni dla reaktorów syntezy jądrowej lub sprzętu do przetwarzania półprzewodników.

Powyższe to tylko kilka przykładów zastosowania ceramiki Si3N4 jako materiałów konstrukcyjnych. Uważa się, że wraz z udoskonalaniem technologii produkcji, formowania, spiekania i przetwarzania proszku Si3N4 jego wydajność i niezawodność będzie się nadal poprawiać, a ceramika z azotku krzemu będzie coraz szerzej stosowana. W związku z poprawą czystości surowców Si3N4, szybkim rozwojem technologii formowania proszków Si3N4 i technologii spiekania oraz ciągłej ekspansji obszarów zastosowań, Si3N4 zajmuje coraz ważniejszą pozycję w przemyśle jako inżynierska ceramika konstrukcyjna. Ceramika Si3N4 ma doskonałe wszechstronne właściwości i obfite zasoby i jest idealnym materiałem konstrukcyjnym do wysokich temperatur o szerokich polach zastosowań i rynkach, a wszystkie kraje na świecie konkurują o badania i rozwój. Materiały ceramiczne charakteryzują się odpornością na zużycie, odpornością na korozję, odpornością na wysoką temperaturę, odpornością na utlenianie, odpornością na szok termiczny i niskim ciężarem właściwym, które są trudne do porównania z ogólnymi materiałami metalowymi. Części ceramiczne z azotku krzemu mogą wytrzymać trudne warunki pracy, do których nie są zdolne materiały metalowe lub polimerowe, a części ceramiczne z azotku krzemu mają szerokie perspektywy zastosowań. Po materiałach metalowych i materiałach polimerowych stał się kluczowym materiałem podstawowym wspierającym przemysł filarowy w XXI wieku i stał się jedną z najbardziej aktywnych dziedzin badawczych. Dziś kraje na całym świecie przywiązują dużą wagę do jego badań i rozwoju. Jako ważny członek rodziny wysokotemperaturowej ceramiki strukturalnej Pierwsza ceramika Si3N4 ma lepsze właściwości mechaniczne, termiczne i stabilność chemiczną niż inne wysokotemperaturowe ceramiki strukturalne, takie jak ceramika tlenkowa i ceramika węglikowa. Dlatego uważa się je za najbardziej obiecujące materiały w wysokotemperaturowej ceramice strukturalnej.